Chí Linh là nơi sông Lục Nam hợp lưu với sông Thương (xã Hưng Đạo), sông Thương hội lưu với sông Cầu (phường Phả Lại) thành sông Thái Bình, sông Đuống hợp lưu với sông Thái Bình (phường Cổ Thành), sông Kinh Thầy lấy nước từ sông Thái Bình (Cổ Thành), sông Đông Mai lấy nước từ sông Kinh Thầy (phường Văn Đức) chảy lên phía bắc.

Thành phố Chí Linh có nguồn nước phong phú bởi có sông Kinh Thầy, Thái Bình, Đông Mai bao bọc, có kênh mương trung thủy nông từ Phao Tân đến An Bài dài 15,5 km chạy qua những cánh đồng canh tác chính của huyện, có nguồn nước của nhà máy điện Phả Lại cung cấp quanh năm. Ngoài ra còn có 33 hồ đập với tổng diện tích tự thủy 409 ha, đặc biệt có nguồn nước ngầm sạch trữ lượng lớn.